Sincronização e Comunicação de/entre Processos. Na Aula Anterior... Nesta Aula. Comunicação entre Processos. Pipes 07/09/2016

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1 GSI018 Sistemas Operacionais 07/09/2016 Sincronização e Comunicação de/entre Processos Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Computação Prof. Dr. rer. nat. Daniel D. Abdala Na Aula Anterior... Ciclos de CPU e E/S; Conceitos de Preempção; Algoritmos de Escalonamento; FCFS First Come First Served; SJF Shortest Job First; Round-Robin; Escalonamento por Prioridade; Filas Multinível. 2 Nesta Aula Comunicação entre Processos Comunicação entre Processos Pipes; Memória compartilhada; Sockets; Seção Crítica; Suporte em Hardware para Sincronismo; Semáforos; Mutexes; Barreiras; Enviar e receber dados e mensagens entre s; Compartilhar dados; Os mecanismos dependem do sistema operacional; Principais formas de Comunicação: Pipes; Memória Compartilhada; Sockets; 3 4 Pipes Fluxo de dados de um para outro; Método bidirecional de comunicação; Diferente do pipe do terminal; Projetado para ser utilizado entre s bifurcados; >> ls al more 5 6 1

2 PIPE: Chamada do Sistema CHAMADA DO SISTEMA: pipe(); BIBLIOTECA: #inclide <unistd.h> PROTÓTIPO: int pipe( int fd[2] ); RETORNO: 0 on success -1 on error: errno = EMFILE (não há descritores livres) EMFILE (tabela de arq. do sistema cheia) EFAULT (fd não é válido) NOTAS: fd[0] leitura, fd[1] escrita 7 8 Memória Compartilhada Porção de Memória compartilhada entre dois ou mais s; #include <sys/shm.h> void *shmat(int shm_id, const void *shm_addr, int shmflg); int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf); int shmdt(const void *shm_addr); int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); Memória Compartilhada shmget shared memory get Tal como malloc; no entanto a memória pode ser compartilhada; Shmflg são flags (9 bits) tal como no sistema de arquivos; shmat shared memory attach Associa a memória compartilhada ao espaço de endereçamento de um ; shmdt shared memory detach Remove a memória compartilhada do espaço de endereçamento de um ; shmctl shared memory control functions 9 10 Sockets Funciona como pipes mas entre s em computadores distintos; Usado para criar aplicações cliente/servidor;

3 Sincronização de Processos Devido a multiprogramação e comunicação remota, situações inusitadas podem ocorrer: Recursos compartilhados (memória, arquivos, etc) podem assumir um estado instável e ficar inconsistentes; Três principais tópicos de interesse Mecanismos para troca de informações entre s; Mecanismos para garantir que recursos compartilhados por mais de um não sejam utilizados de maneira conflitante; Mecanismos para sincronizar atividades entre s. Exclusão Mútua Forma de garantir que um recurso não seja utilizado por outro uma vez que ele tenha começado a ser utilizado por um ; O Problema da Condição de Corrida S Servidor de Reserva de Passagens P Programa 1 P 2 Cliente 1 1. P 1, P 2 e S são programas rodando em computadores distintos; 2. P 1 envia uma consulta para S sobre uma passagem de GRU ROM dia 30/10/2016; 3. Logo a seguir P 2 envia a mesma consulta a S; 4. Ambos P 1 e P 2 requerem o mesmo assento A3; Pr 1 Pr 2 Programa Cliente 2 BD O Problema da Condição de Corrida 5. Considere que o servidor S lança um novo Pr i para tratar cada requisição enviada para cada cliente P i ; 6. Ambos Pr 1 e Pr 2 querem reservar o assento A3; 7. Digamos que Pr 1 receba a CPU de S primeiro. Ele registrará o assento para o cliente de P 1 ; 8. No meio da execução Pr 2 ganha a CPU. A reserva não foi finalizada por Pr 1. Logo ele reserva o cliente para P 2 ; 9. Há um chaveamento de volta para Pr 1 e então ele finaliza a reserva, sobrescrevendo a reserva que acabou de ser feita por Pr 2. O Conceito de Região Crítica Região Crítica (RC) parte do programa que acessa recursos que podem levar a condições de disputa; Texto de um Demais instruções não críticas do Região crítica Demais instruções não críticas do Comportamento de Regiões Críticas Condições Para Regiões Críticas Processo A Processo B A entra na RC B tenta entrar na RC t 1 t 2 t 3 t 4 tempo A sai da RC B entra na RC B sai da RC 1 Dois Processos nunca podem estar simultaneamente em suas regiões críticas; 2Nada pode ser afirmado sobre a velocidade ou o número de CPUs; 3Nenhum executando fora de sua região crítica pode bloquear outros s; 4Nenhum deve esperar indefinidamente para entrar em sua região crítica;

4 Desabilitando Interrupções Quando um entra na região crítica a primeira coisa que ele faz é desabilitar todas as interrupções do sistema; Problemas: Usuários devem possuir a abilidade de desabilitar interrupções de todo o sistema; Em sistemas com múltiplos cores, o que ocorre numa CPU não afeta as demais; Variáveis do Tipo Trava (Locks) Variável booleana compartilhada associada a um recurso compartilhado; Se lock == 0 recurso não utilizado; Altera para 1 Faz o serviço Retorna para 0 Se lock == 1 fica testando até que lock seja 0 O que acontece caso o chaveie entre testar se lock == 0 e setar lock para 1? TSL Test and Lock TSL RX,LOCK A Instrução TSL Operação atômica, ou seja resolve o problema dos dois passos do lock; Problema: Produtor vs Consumidor Dois s estão em comunicação; Um produz dados e os coloca em um buffer para que o segundo os leia e utilize; O problema ocorre quando o produtor quer colocar um novo dado no buffer mas este já se encontra cheio; Similarmente, outro problema ocorre quando o consumidor quer ler um dado do buffer e ele encontra-se vazio; Semáforos Criado por Dijkstra em 1965 para resolver o problema do produtor-consumidor; Uma variável inteira; Duas rotinas: Down (sleep) sleep(semaforo) testa se o valor de semaforo é maior que zero, se sim decrementa-o em uma unidade; Se o valor for zero, é bloqueado sem retornar da função sleep; UP (wakeup) wakeup(semaforo) Incrementa o valor do semáforo Se o valor atual é zero, testa se há s dormindo nele, e em caso afirmativo escolhe um deles para acordar. Neste caso o valor do semáforo continua zero Mutexes Versão simplificada de semáforos; Mutex abreviação de mutual exclusion; Dois estados: Desimpedido Impedido Duas rotinas: mutex_lock(m1) mutex_unlock(m1)

5 Bibliografia - Básica 3ª Edição Páginas Bibliografia - Básica 7ª edição Páginas Bibliografia - Adicional Capítulos 13, 14 e